本发明公开了一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，涉及电力系统电压稳定技术领域。所述的可视化方法通过在线计算出全部预想故障情况对应的静态电压稳定负荷裕度，并按升序排列，以预想故障情况对应的电力系统负荷裕度作为负荷水平坐标轴上的一个点，以电力系统实际负荷值作为负荷水平坐标轴上的另外一个点，然后以负荷裕度为中心，其左侧形成静态电压稳定域，其右侧形成静态电压不稳定域，最后将全部故障情况按电压稳定负荷裕度的大小排序，并列于一张图上即可得到预想故障的可视化静态电压稳定域；本发明可以实现电力系统静态电压稳定域的可视化，根据预想故障集的不同，还可以得到不同预想故障集对应的静态电压稳定域。
1.一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1、采集电力系统的运行参数，根据电力系统运行分析的需求，构建电力系统的N-n预想故障集合SC；
步骤2、基于电力系统当前的运行状态和参数，逐个考虑预想故障集合SC中的全部预想故障情况，建立第m个预想故障情况下电力系统静态电压稳定负荷裕度计算的优化模型Pm为：Pm:min-λm
其中，λm是第m个预想故障情况对应的电力系统负荷裕度，m∈SC，f(x,λm)＝0是含负荷裕度的增广潮流方程，g(x)≤0是电力系统静态稳定运行约束和电力设备的物理限制约束；
步骤3、采用优化算法逐个计算优化模型Pm，得到电力系统预想故障集合中全部预想故障情况对应的负荷裕度λm，m∈SC；判断是否完成全部预想故障情况对应的负荷裕度λm的计算，如果是，进入下一步；如果不是，则继续计算负荷裕度λm；
步骤4、建立一个二维坐标轴，横坐标为负荷水平，纵坐标为预想故障情况；
步骤5、按升序排列负荷裕度λm，m∈SC，在所述二维坐标轴中，以预想故障情况对应的电力系统负荷裕度λm作为负荷水平坐标轴上的一个点；
步骤6、以负荷裕度为中心，其左侧形成静态电压稳定域，其右侧形成静态电压不稳定域；
步骤7、输出电力系统静态电压稳定域和不稳定域的可视化图形。
2.如权利要求1所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，所述步骤1中电力系统的N-n预想故障集合SC常用的是N-1或N-2预想故障集合SC。
3.如权利要求1所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，所述步骤2中电力系统增广潮流方程的变量x包括发电机发出的有功功率PGi、无功源发出的无功功率QRi、节点负荷有功功率PLi、节点负荷无功功率QLi、节点电压幅值Vi和节点电压相角δi。
4.如权利要求3所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，所述步骤2中计算负荷裕度的优化模型Pm为：Pm:min-λm
其中，λm是第m个预想故障情况对应的电力系统负荷裕度，m∈SC；SB为节点集合；SG为发电机节点集合；SR为无功源集合；PGi为节点i发电机发出的有功功率；QRi为节点i各类无功源发出的无功功率；PLi和QLi分别为节点i负荷有功和无功功率；bPi和bQi分别为节点i的负荷增加方向；Vi和δi分别为节点i的电压幅值和相角；Yij为节点导纳矩阵元素；δij＝δi-δj-αij，αij为节点导纳矩阵相应元素相角； PGi分别为PGi对应上下限； QRi分别为QRi对应上下限； Vi分别是节点i电压幅值上下限；Vj为节点j的电压幅值。
5.如权利要求1所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，所述步骤3中的优化算法采用原始对偶内点算法。
6.如权利要求5所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，所述原始对偶内点算法的求解步骤包括：①引入松弛变量，将所述步骤2中的不等式约束转换为等式约束；②将不含不等式约束的优化模型构造成拉格朗日函数；③根据拉格朗日函数，推导扰动KKT条件方程组；④采用牛顿法求解扰动KKT条件方程，即可获得优化模型的解。
7.如权利要求1所述的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，其特征在于，采用MATLAB语言编程来实现。
一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统电压稳定技术领域，尤其涉及一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法。
背景技术
[0002] 静态电压稳定性分析的理论基础是潮流方程的可行性理论，通常以电力网络的功率输送极限作为判断电力系统静态电压稳定性的指标。吴政球，李日波，钟浩，曾兴嘉，李连伟.电力系统静态电压稳定极限及裕度计算综述[J].电力系统及其自动化学报，2010，22(1):126-132，对负荷裕度、雅克比矩阵奇异值、灵敏度指标、阻抗模等常用的静态电压稳定指标进行了综述，对比了连续潮流法、直接法、非线性规划法、奇异值分解法、灵敏度法等常用的电压稳定指标计算方法的优缺点。
[0003] 静态电压稳定域是描述电力系统静态电压稳定边界的一种有效工具，已有的静态电压稳定域构建方法都是基于电力系统具体运行参数构建的坐标系。牛犇，余贻鑫，贾宏杰，杨延滨，何南强，唐智育，张毅明，付红军.静态电压稳定域的三维可视化技术[J].电网技术，2005，29(7):56-59，王刚，张雪敏，梅生伟.静态电压稳定域边界的二次近似分析[J].中国电机工程学报，2008，28(19):30-35，等研究者定义静态电压稳定域的边界是潮流方程的奇异点，利用电力系统奇异点处的潮流方程，得到线路空间内静态电压稳定边界的二次近似方程，从而得到一类静态电压稳定域边界的几何形状描述，实现了稳定域的可视化。
[0004] 已有的静态电压域构建方法都是基于电力系统具体运行参数构建的坐标系，通常较为复杂，电力系统调度运行人员难以直观的掌握电力系统的静态电压稳定状态。因此，如何设计一个更为简洁、便于理解和实现的静态电压稳定域是需要解决的问题。
发明内容
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，能够更为简洁、便于理解的描绘出电力系统静态电压稳定域。
[0006] 本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，包括以下几个步骤：
[0007] 步骤1、采集电力系统的运行参数，根据电力系统运行分析的需求，构建电力系统的N-n预想故障集合SC；
[0008] 步骤2、基于电力系统当前的运行状态和参数，逐个考虑预想故障集合SC中的全部预想故障情况，建立第m个预想故障情况下电力系统静态电压稳定负荷裕度计算的优化模型Pm为：
[0009] Pm:min-λm
[0010] s.t.f(x,λm)＝0
[0011] g(x)≤0
[0012] 其中，λm是第m个预想故障情况对应的电力系统负荷裕度，m∈SC，f(x,λm)＝0是含负荷裕度的增广潮流方程，g(x)≤0是电力系统静态稳定运行约束和电力设备的物理限制约束；x是电力系统增广潮流方程的变量；
[0013] 步骤3、采用优化算法逐个计算优化模型Pm，得到电力系统预想故障集合中全部预想故障情况对应的负荷裕度λm，m∈SC；判断是否完成全部预想故障情况对应的负荷裕度λm的计算，如果是，进入下一步；如果不是，则继续计算负荷裕度λm；
[0014] 步骤4、建立一个二维坐标轴，横坐标为负荷水平，纵坐标为预想故障情况；
[0015] 步骤5、按升序排列负荷裕度λm，m∈SC，在所述二维坐标轴中，以预想故障情况对应的电力系统负荷裕度λm作为负荷水平坐标轴上的一个点；
[0016] 步骤6、以负荷裕度为中心，其左侧形成静态电压稳定域，其右侧形成静态电压不稳定域；
[0017] 步骤7、输出电力系统静态电压稳定域和不稳定域的可视化图形。
[0018] 进一步的，所述步骤1中电力系统的N-n预想故障集合SC常用的是N-1或N-2预想故障集合SC。
[0019] 进一步的，所述步骤3中的优化算法采用原始对偶内点算法，具有很好的快速收敛性和鲁棒性，非常适合于求解大规模非线性规划问题。
[0020] 进一步的，所述原始对偶内点算法的求解步骤包括：①引入松弛变量，将步骤2中的不等式约束转换为等式约束；②将不含不等式约束的优化模型构造成拉格朗日函数；③根据拉格朗日函数，推导扰动KKT条件方程组；④采用牛顿法求解扰动KKT条件方程，即可获得优化模型的解。
[0021] 进一步的，所述实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法采用MATLAB语言编程来实现。
[0022] 与现有技术相比，本发明所提供的实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法，通过对预想故障集合中全部预想故障情况对应的静态电压稳定负荷裕度排序，从而获得静态电压稳定边界，所述可视化方法易于实现，可用于电力系统的在线计算；本发明得到的静态电压稳定域更为简洁、直观，便于电力系统调度运行人员理解和使用。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024] 图1是本发明一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法的流程图；
[0025] 图2是本发明IEEE-30节点电力系统静态电压稳定域图形展示。
具体实施方式
[0026] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 如图1所示，本发明所提供的一种实现电力系统静态电压稳定域的可视化方法采用MATLAB语言编程实现，以IEEE-30节点电力系统静态电压稳定域分析为例，包括以下几个步骤：
[0028] 步骤1、采集电力系统的运行参数，根据电力系统运行分析的需求，构建包含10个N-1预想故障情况的电力系统预想故障集合SC，具体如表1所示；
[0029] 表1 IEEE-30系统N-1预想故障集
[0030]故障编号 首端节点 末端节点
支路1 1 2
支路2 1 3
支路3 2 4
支路4 3 4
支路5 2 5
支路6 2 6
支路7 4 6
支路8 5 7
支路9 6 7
支路10 6 8
[0031] 步骤2、基于电力系统当前的运行状态和参数，逐个考虑预想故障集合SC中的全部预想故障情况，建立第m个预想故障情况下电力系统静态电压稳定负荷裕度计算的优化模型Pm为：
[0032] Pm:min-λm
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 其中，λm是第m个预想故障情况对应的电力系统负荷裕度，m∈SC；SB为节点集合；SG为发电机节点集合；SR为无功源集合；PGi为节点i发电机发出的有功功率；QRi为节点i各类无功源发出的无功功率；PLi和QLi分别为节点i负荷有功和无功功率；bPi和bQi分别为节点i的负荷增加方向；Vi和δi分别为节点i的电压幅值和相角；Yij为节点导纳矩阵元素；δij＝δi-δj-αij，αij为节点导纳矩阵相应元素相角； PGi分别为PGi对应上下限； QRi分别为QRi对应上下限； Vi分别是节点i电压幅值上下限；电力系统增广潮流方程的变量x包括发电机发出的有功功率PGi、无功源发出的无功功率QRi、节点负荷有功功率PLi、节点负荷无功功率QLi、节点电压幅值Vi和节点电压相角δi；
[0039] 步骤3、采用原始对偶内点算法逐个计算优化模型Pm，得到IEEE-30节点电力系统预想故障集合中全部预想故障情况对应的负荷裕度λm，如表2所示；判断是否完成全部预想故障情况对应的负荷裕度λm的计算，如果是，进入下一步；如果不是，则继续计算负荷裕度λm；
[0040] 表2 IEEE-30节点电力系统预想故障集对应负荷裕度
[0041]故障编号 负荷裕度
支路1 1.6926
支路2 1.6915
支路3 1.7324
支路4 1.6999
支路5 1.7326
支路6 1.6974
支路7 1.7101
支路8 1.7273
支路9 1.7922
支路10 1.7529
[0042] 步骤4、建立一个二维坐标轴，横坐标为负荷水平，纵坐标为预想故障情况；
[0043] 步骤5、按升序排列负荷裕度λm，在所述二维坐标轴中，以预想故障情况对应的电力系统负荷裕度λm作为负荷水平坐标轴上的一个点；
[0044] 步骤6、以负荷裕度为中心，其左侧形成静态电压稳定域，其右侧形成静态电压不稳定域，如图2所示；
[0045] 步骤7、输出电力系统静态电压稳定域和不稳定域的可视化图形，如图2所示，从图中可以看出，本发明可以简洁的描绘出电力系统静态电压稳定域。
[0046] 以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
